一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法与流程

技术领域

本发明涉及一种表面增强拉曼光谱（SERS）检测技术，具体涉及一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法。

背景技术：

表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS)技术结合了拉曼光谱固有的特征，即能够提供分子的详细结构信息，同时由于纳米结构光学信号的放大，SERS可提供超高的检测灵敏度，甚至是单分子水平的检测。此外，SERS检测条件温和，操作简单、无需样品前处理、可实现实时原位快速检测。因此，SERS技术已经发展成为一种广泛应用于各个领域的分析检测手段。目前影响该技术检测效果的因素大致主要包括以下几个方面：(1)产生电磁场增强的SERS 活性基底，(2)待测物的分子结构，(3)待测物和SERS基底表面的亲和力。

柠檬酸钠还原法制备的银溶胶因其制备工艺简单且电磁场增强效果好，现已成为一种很常见的SERS基底材料。然而由柠檬酸钠还原法制备的银溶胶纳米颗粒的表面都会覆盖有柠檬酸根离子及其中间产物，若是待测物的SERS信号很弱，那么这些官能团的存在就会严重影响检测结果。为了减少影响，目前有研究采用极低浓度的卤素离子浸泡银溶胶，以达到清洁基底的目的；并且报道显示，卤素离子的存在可使银溶胶产生团簇，从而增强检测效果。但是上述方法通常都是在液态下进行的检测，不但焦点容易因外界环境发生晃动，而且检测体系不稳定，一个样品不能多次重复被测试。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、灵敏度高的基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，在光学可视的条件下定向采集谱图以获取高灵敏的待测物信号。可对毒品、爆炸物、农药残留、添加剂等进行检测。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：利用高浓度氯化钠实现的高活性位点定向表面增强拉曼光谱检测方法。

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的硅片或玻璃片作为SERS检测基片备用；

（2）合成具有SERS活性、粒径为10~60 nm的银纳米溶胶，离心后按照1:100~1:400进行浓缩；

（3）将待测物溶解成溶液；

（4）将氯化钠溶液、待测物溶液，以及浓缩的银纳米溶胶依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测。

进一步方案，所述步骤（1）中硅片或玻璃片先经超纯水洗涤，再经双氧水：浓硫酸=1:3的混合溶液浸泡，然后用大量的超纯水超声洗涤，最后氮气或氩气吹干所得。

进一步方案，所述步骤（2）中银纳米溶胶的合成方法为：在氮气氛围中把柠檬酸钠溶液加入到蒸馏水中，在煮沸条件下加入硝酸银溶液，冷却得到银纳米溶胶。

进一步方案，所述步骤（4）中氯化钠溶液的浓度为0.1~0.5 mol/L；所述氯化钠溶液、待测物溶液、浓缩的银纳米溶胶的体积比为2：2：1。

进一步方案，所述步骤（5）中恒温恒湿的条件为24℃、RH= 50%。

进一步方案，所述步骤（6）中的拉曼光谱仪的激发光波长为531~1064 nm，所采集光谱图的范围包括距离氯化钠晶体边缘1~5μm处。

所述待测物包括毒品、爆炸物、农药残留物、添加剂。

本发明利用高浓度氯化钠实现的高活性位点定向表面增强拉曼光谱检测方法，其科学原理分析为：

1、加入氯化钠溶液中的氯离子与银纳米颗粒表面会形成Ag-Cl键，从而替换掉银溶胶纳米颗粒表面之前被覆盖的柠檬酸根离子及其中间产物，从而削弱基底峰的干扰。

2、相对较高浓度盐溶液的存在必然会引起银溶胶的聚集，从而会产生很多团簇，拥有更多的SERS“热点”。

3、过量的氯化钠在干燥过程中会出现结晶现象，并且晶体可以在光学显微镜视野下看清楚；另外，由于毛细力的作用，晶体边缘的检测效果明显优于其他区域。

所以本发明的有益效果在于：

（1）本发明所利用的氯化钠浓度有一个很宽泛的适合浓度范围，降低了实际检测的要求。

（2）本发明是在干态下进行的检测，拉曼激光更容易聚焦且不易受到空气流动等的干扰；氯化钠晶体在光学显微镜下可视，因而可有效锁定检测范围；并且样本可以重复多次检测。

（3）本发明的操作过程简单，仅需3 min左右。适用于多种物质的高灵敏度检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是对比例1的拉曼谱图。

图2是对比例2的拉曼谱图。

图3是实施例1对不同浓度海洛因的SERS检测谱图。

图4是实施例2、对比例3分别对10ppm甲基苯丙胺的SERS检测谱图。

图5是实施例3、对比例4分别对10ppm可卡因的SERS检测谱图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

以下各实施例中的清洁的硅片或玻璃片先经超纯水洗涤，再经双氧水：浓硫酸=1:3的混合溶液浸泡，然后用大量的超纯水超声洗涤，最后氮气吹干所得。

银纳米溶胶的合成方法为：在氮气氛围中把柠檬酸钠溶液加入到蒸馏水中，在煮沸条件下加入硝酸银溶液，冷却得到银纳米溶胶。

实施例1

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的硅片作为SERS检测衬底备用；

（2）合成粒径为50 nm有具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1：200进行浓缩；

（3）将待测物海洛因溶解成溶液；

（4）将浓度为0.25mol/L氯化钠溶液2μL、待测物海洛因溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为633nm，在距离氯化钠晶体边缘4μm处采集光谱。

对不同浓度海洛因的SERS检测谱图如图3所示，从图3中可看出，其特征峰比较明显，且随着海洛因浓度的下降，SERS特征峰强度逐渐减弱，该方法对海洛因的检测限可以达到1 ppm。

对比例1：

采用现有技术中的柠檬酸钠法合成银纳米溶胶，对其进行拉曼光谱检测，其拉曼谱图如图1所示，基底峰突出。

对比例2：

（1）选择一清洁的硅片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为50 nm有具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1：200进行浓缩；

（3）将浓度为0.25mol/L氯化钠溶液2μL、超纯水2uL、浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（4）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（5）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为633nm，在距离氯化钠晶体边缘4μm处采集光谱。

其拉曼谱图如图2所示，滴加有氯化钠的银纳米溶胶基底峰变弱，且没有明显的特征峰。

实施例2

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的硅片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为40 nm的具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1:100进行浓缩；

（3）将待测物苯丙胺溶解成溶液；

（4）将浓度为0.5 mol/L氯化钠溶液2μL、待测物苯丙胺溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为531nm，在距离氯化钠晶体边缘3μm处采集光谱。

对比例3：采用实施例2的方法，其区别仅在于步骤（4）中没有滴加浓度为0.5 mol/L氯化钠溶液2μL。

利用实施例2和对比例3的检测方法分别对10ppm甲基苯丙胺的检测结果如图4中a、b所示，对比a、b可知，本发明实施例2的高活性位点SERS检测方法对甲基苯丙胺的检测具有更高的灵敏度。

实施例3

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的玻璃片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为50 nm的具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1:150进行浓缩；

（3）将待测物可卡因溶解成溶液；

（4）将浓度为0.2mol/L氯化钠溶液2μL、待测物可卡因溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶按1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为785 nm，在距离氯化钠晶体边缘1μm处采集光谱。

对比例4：采用实施例2的方法，其区别仅在于步骤（4）中没有滴加浓度为0.2 mol/L氯化钠溶液2μL。

利用实施例3和对比例4的检测方法分别对10ppm可卡因的检测结果如图5中a、b所示，对比a、b可知，本发明实施例3的高活性位点SERS检测方法对可卡因的检测具有更高的灵敏度。

实施例4

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的玻璃片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为60 nm有具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1：300进行浓缩；

（3）将待测物福美双溶解成溶液；

（4）将浓度为0.1mol/L氯化钠溶液2μL、待测物福美双溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为532nm，在距离氯化钠晶体边缘3μm处采集光谱。

实施例5

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的玻璃片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为40 nm有具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1：200进行浓缩；

（3）将待测物结晶紫溶解成溶液；

（4）将浓度为0.2mol/L氯化钠溶液2μL、待测物结晶紫溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为633nm，在距离氯化钠晶体边缘5μm处采集光谱。

实施例6

一种基于高活性位点的定向表面增强拉曼光谱检测方法，其包括以下步骤：

（1）选择一清洁的硅片作为SERS检测基片备用；

（2）合成粒径为50 nm有具有SERS活性的银纳米溶胶离心后，并按照1：200进行浓缩；

（3）将待测物三硝基甲苯溶解成溶液；

（4）将浓度为0.3mol/L氯化钠溶液2μL、待测物三硝基甲苯溶液2μL，以及浓缩的银纳米溶胶1μL依次滴加在经步骤（1）处理后的衬底上混合；

（5）置于24℃、RH= 50%恒温恒湿的条件下干燥成膜；

（6）利用显微共聚焦拉曼光谱仪对衬底上的膜层样品进行SERS检测；拉曼光谱仪的激发光波长为785nm，在距离氯化钠晶体边缘1μm处采集光谱。

以上是本发明较佳实施例而已，并非是对本发明的技术范围作任何限制。故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明所保护的范围内。